[發明專利]帶閃蒸器噴氣增焓熱泵真空冷凍干燥組合設備節能控制方法

有效

• 申請號: 201610299894.8
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN105928326B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 徐言生;吳治將;李錫宇;李東洺
• 申請（專利權）人: 順德職業技術學院
• 主分類號: F26B5/06
• 分類號: F26B5/06;F25B1/00;F25B49/02
• 代理公司: 佛山市科順專利事務所44250
• 代理人: 梁紅纓

技術領域

本發明涉及一種帶閃蒸器噴氣增焓熱泵真空冷凍干燥組合設備節能控制方法。

背景技術

真空冷凍干燥設備干燥的食品相對其他干燥方法干燥的食品品質好，但加工過程中能耗大。真空冷凍干燥設備運行中，一方面被干燥食品中的水分升華需要大量的熱量，另一方面，水分在捕水器中凝華需要大量的冷量。由于為真空冷凍干燥設備提供冷量的制冷系統在制冷的過程中，其冷凝器放出大量的熱量，且這一熱量大于食品干燥所需熱量，因此，有研究者提出利用制冷系統冷凝器熱量作為食品干燥熱源的熱泵真空冷凍干燥組合設備。組合設備在運行過程中的能耗主要是制冷系統能耗，要實現組合設備的節能，關鍵是在滿足食品加工工藝參數如干燥室加熱溫度、真空度等要求下，盡可能提高制冷系統的蒸發溫度。由于在一個干燥加工周期內食品干燥工藝是變化的，其所需的制冷量及蒸發溫度是變化的，所需熱量及加熱溫度也是變化的，如何協同控制成為組合設備節能的關鍵。同時，由于干燥室加熱所需的溫度一般在60℃左右，制冷系統蒸發溫度在-40℃左右，制冷系統必須采用復疊式制冷、雙級壓縮制冷或噴氣增焓制冷才能滿足要求，但這也增加了組合設備的控制難度。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足而提供一種噴氣增焓熱泵真空冷凍干燥組合設備節能控制方法，其可以根據食品干燥工藝參數要求，調節干燥室供熱溫度及熱量，進而確定冷凝器冷凝溫度，根據真空度要求和平板型捕水器結霜厚度，確定平板型捕水器（也即蒸發器）最佳蒸發溫度，根據冷凝器冷凝溫度和平板型捕水器蒸發溫度，確定閃蒸器制冷劑最佳中間溫度，并通過相應控制系統實現，實現組合設備運行節能。

為了達到上述目的，本發明是這樣實現的，其是一種噴氣增焓熱泵真空冷凍干燥組合設備節能控制方法，其特征在于組合設備包括真空系統、噴氣增焓變頻壓縮機、冷卻水流量調節閥、旁通換熱器、加熱介質循環泵、冷凝器、干燥室加熱隔板、閃蒸器、一級節流閥、二級節流閥、平板型捕水器、控制系統、加熱介質入口溫度傳感器、冷凝溫度傳感器、中間溫度傳感器及捕水器蒸發溫度傳感器；其中所述加熱介質入口溫度傳感器感應進入干燥室加熱隔板的加熱介質的入口溫度T1，冷凝溫度傳感器感應流出冷凝器的制冷劑的冷凝溫度T2，中間溫度傳感器感應進入閃蒸器的制冷劑的中間溫度T3，捕水器蒸發溫度傳感器感應進入平板型捕水器的制冷劑的蒸發溫度T4；所述控制系統的節能控制方法包括步驟如下：

（一）根據食品干燥工藝要求確定干燥室加熱隔板的加熱介質的入口溫度T1，以此為控制對象通過調節冷卻水流量調節閥的開度來實現，當實際溫度大于設定值時，冷卻水流量調節閥的開度加大，反之減小；

（二）根據組合設備干燥室的真空度要求以及組合設備運行過程中平板型捕水器表面霜層厚度的變化，確定組合設備運行過程中平板型捕水器的蒸發溫度T4隨運行時間t變化的函數式，以下是一種簡化的計算方法：

（a）根據確定干燥室的真空度，得到平板型捕水器的對應水蒸氣凝華溫度，平板型捕水器的表面霜層溫度必須低于此溫度，此溫度也即組合設備開始運行時平板型捕水器的最高初始蒸發溫度T41；

（b）根據平板型捕水器的總捕水量和表面積，確定整個運行周期結束時平板型捕水器表面結霜厚度d，得到運行周期結束時平板型捕水器的最終蒸發溫度T42，因此整個運行周期S時間內平板型捕水器初始蒸發溫度與最終蒸發溫度的差

ΔT=T41-T42；

（c）因整個運行周期S時間內，單位時間升華水量不同，根據實際運行規律，其運行過程基本可以分為兩個階段，第一階段在一半的運行時間內即0～0.5S，升華水量約為總水量的70%±10%，且單位時間升華量基本相同；在第二階段余下的運行時間內也即0.5S～S，升華水量約為總水量的30%±10%，單位時間升華量同樣基本相同；以平板型捕水器來計算，則第一階段平板型捕水器的蒸發溫度T4隨運行時間t變化的函數式Ⅰ為T4= T41－1.4*（t/s）*ΔT，式Ⅰ中，，在第二階段平板型捕水器的蒸發溫度T4隨時間t變化的函數式Ⅱ為T4= T41－0.4ΔT-0.6*（t/s）*ΔT,式Ⅱ中，，考慮到給蒸發溫度一定安全余量，實際蒸發溫度T4可在上述計算值的基礎上降低2～3℃；

（三）根據不同平板型捕水器的蒸發溫度T4和冷凝器的冷凝溫度T2，以制冷系統能效比最大為原則，通過實驗得到閃蒸器最佳的制冷劑溫度T3，并通過回歸方法得到閃蒸器的最佳制冷劑的制冷劑溫度T3隨平板型捕水器的蒸發溫度T4和冷凝器的冷凝溫度T2變化的函數式Ⅲ；